CN117358949A - 一种合金高温加热料筒 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种合金高温加热料筒，包括料筒(1)和与料筒相连接的针头(2)，所述料筒设有料筒排气机构和用于加热料筒的料筒加热机构，所述针头设有用于加热针头的针头加热机构。本发明通过分别在料筒和针头处独立设计两个加热源分别加热的方式，更好的调节针头出料口的温度，既可以避免料筒内的合金长时间处于高温条件下发生金相之间的转变；又可以避免针头温度向空气中损失，提高针头出料时的温度稳定性，确保熔融态的合金可以顺利地从针头挤出；排气机构可以及时将残留的氧气全部排出，避免了合金在加热成熔融状态后和料筒内的氧气发生氧化反应。

Description

一种合金高温加热料筒

技术领域

本发明涉及料筒加热技术领域，特别是涉及一种合金高温加热料筒。

背景技术

在直写打印、喷墨打印、喷雾打印和电动流体动力(EHD)喷墨打印等电子3D打印技术领域中，通常采用加热料筒来加热原材料，然后将功能油墨直接沉积到基材上。现有的功能油墨通常是银浆、铜浆、金属墨水、焊膏等材料，上述材料一般为金属颗粒和有机聚合物的混合体系，常温下呈液态或半固态形态，对加热温度要求不高。但是，由于所使用的原材料中含有有机物，打印成型后有机物会残留在图案内或污染产品其它区域，对于一些高可靠性要求、高密封要求等产品，现有打印技术难以应用。

为了提高产品的质量要求，部分原材料采用高熔点的合金材料，如InAg合金、SnBi系合金、SnAgCu系合金和AuSn系合金，来料形态可以为丝材、块材、球材，这些材料的熔点都比较高其中SAC305熔点为217℃，InAg合金熔点为142℃，考虑到热传导和热损失，目前常用的加热料筒最高可以加热到160℃左右，无法满足SAC305和InAg合金的加热要求。此外，常用的加热料筒采用铝合金作为导热体，将料筒和针头放入导热体内加热，由于铝合金的线膨胀系数比较大，加热前后针尖的位置变化比较大。加热源采用硅橡胶加热板，由于硅橡胶材料的限制最高只能加热到200℃(硅橡胶温度超过200℃时，材料柔韧度、回弹性和表面硬度会降低)。

中国专利文献上公开了“一种料筒加热装置”，其公告号为CN 212472297 U，该料筒加热装置包括料筒、冷却结构以及多段加热圈，多段加热圈至少包括第一段加热圈以及第二段加热圈，第一段加热圈与冷却结构的距离大于第二段加热圈与冷却结构的距离，第二段加热圈的加热系数大于第一段加热圈的加热系数使第二段的加热圈热功率偏大，从而解决因其与料筒冷却结构相邻导致正常加热时散热比前阶段快，料温上升慢的问题。但是，该装置并不适用于高熔点合金的加热，且依然存在加热前后针尖的位置变化比较大的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种合金高温加热料筒，用于解决现有加热料筒加热温度低，不适用于高熔点合金加热及加热前后针尖的位置变化比较大、加料引入的空气无法排出，熔融状态合金容易被氧化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种合金高温加热料筒，包括料筒和与料筒相连接的针头，所述料筒设有料筒排气机构和用于加热料筒的料筒加热机构，所述针头设有用于加热针头的针头加热机构。

本申请的合金高温加热料筒通过分别在料筒和针头处独立设计两个加热源分别加热的方式，可以更好的调节针头出料口的温度，既可以避免料筒内的合金长时间处于高温条件下发生金相之间的转变；又可以避免针头温度向空气中损失，提高针头出料时的温度稳定性，确保熔融态的合金可以顺利地从针头挤出，有效避免了现有加热料筒针头处合金快速冷却凝固造成堵料及加热前后针尖的位置变化比较大的问题；料筒排气机构可以及时将残留的氧气全部排出，避免了合金在加热成熔融状态后和料筒内的氧气发生氧化反应。由于温度的变化导致材料尺寸发生一定的变动，本申请的加热料筒的加热温度适用于室温至400℃的温度范围，可以满足高熔点合金加热供料需求，加热温度高，使用范围广，可以加热SAC305、InAg等高熔点金属合金。

优选地，所述料筒排气机构包括设于料筒加料口处的压盖，设于压盖上的隔热注气接头和设于压盖侧壁的透气螺塞；所述压盖内独立设有与料筒内部腔体相连通的注气通道和排气通道，所述注气通道与隔热注气接头相连通，所述排气通道与透气螺塞相连通。

优选地，所述隔热注气接头包括依次相连通的料筒接头、散热管和气源接头，所述料筒接头与注气通道相连通，所述气源接头用于外接保护气体供气系统。所述散热管可以采用不锈钢材质或其它容易散热的材料，散热管可以更好的将温度散热到空气中，防止高温传导至将气源接头，将外接的气管烫坏。

保护气体供气系统内的保护性气体(如氮气等)可以通过气源接头经过散热管从料筒接头通过注气通道进入到料筒内，使得料筒内残留空气通过排气通道从透气螺塞全部排出，避免空气中含有氧气会和加热成熔融状态的合金发生氧化反应。

优选地，所述压盖与料筒加料口之间还依次设有旋转接头和密封盖，所述密封盖与料筒加料口密封固定，所述旋转接头穿过压盖与密封盖密封连接。

优选地，所述料筒接头与压盖之间设有第一金属密封垫片；所述透气螺塞与压盖之间设有第二金属密封垫片；所述压盖与料筒加料口之间设有第三金属密封垫片。金属材质的密封垫片耐高温性能相对于橡胶密封圈更好，常规的密封圈材料如氟橡胶(最高耐温320℃)，丁腈橡胶(最高耐温200℃)，无法满足在400℃高温下密封的要求。

更优选地，所述第一金属密封垫片、第二金属密封垫片和第三金属密封垫片采用薄型的黄铜垫片。

优选地，所述料筒加热机构包括依次套设于料筒外壁的导热体、料筒加热源、隔热套筒和保温套筒。

优选地，所述隔热套筒与保温套筒之间设有隔热保温填充层。

优选地，所述针头加热机构包括依次设于针头外的针头导热部、针头加热源和针头保温件。

更优选地，所述针头保温件的耐热温度为550℃，热导率0.21W/m*k。

由于针头部分体积小，导热体部分壁厚薄，和空气接触面积大，热量损失大，采用上述针头保温件最高耐热温度为550℃，机加工性能较好，可以更好的避免温度向空气中损失，可以提高针头处的温度，保证测温点和针头出料口的温度差保持在一个合理的范围内，熔融态的合金可以更好的从针头挤出。

优选地，所述针头导热部由所述导热体向针头方向延伸并覆盖针头形成。

优选地，所述针头隔热环外还设有针头保温件。

优选地，所述针头加热源包括加热基体和加热丝，所述加热丝螺旋盘绕于加热基体内，所述料筒加热源设有针头加热接头，所述针头加热源设有针头加热接头。

优选地，所述针头加热源还设有针头测温件，所述料筒加热源还设有料筒测温件，所述针头测温件和料筒测温件外接有温度控制系统。

优选地，还包括与料筒固定连接的料筒固定板，所述料筒固定板和料筒外壁之间设有料筒隔热块，所述料筒隔热块下方设有保护罩。隔热块采用低热导率线膨胀系数低的材料，如电木板等，导热系数低，温度变化小，避免固定点到针头的距离受温度的变化而变动。

如上所述，本发明的合金高温加热料筒，具有以下有益效果：

(1)通过分别在料筒和针头处独立设计两个加热源分别加热的方式，可以更好的调节针头出料口的温度，既可以避免料筒内的合金长时间处于高温条件下发生金相之间的转变；又可以避免针头温度向空气中损失，提高针头出料时的温度稳定性，确保熔融态的合金可以顺利地从针头挤出，有效避免了现有加热料筒针头处合金快速冷却凝固造成堵料及加热前后针尖的位置变化比较大的问题；

(2)料筒排气机构可以及时将残留的氧气全部排出，避免了合金在加热成熔融状态后和料筒内的氧气发生氧化反应；

(3)由于温度的变化导致材料尺寸发生一定的变动，本申请的加热料筒的加热温度适用于室温至400℃的温度范围，可以满足高熔点合金加热供料需求，加热温度高，使用范围广，可以加热SAC305、InAg等高熔点金属合金。

附图说明

图1显示为实施例1的合金高温加热料筒的立体结构示意图。

图2显示为图1的剖视图。

图3显示为针头加热源的结构示意图。

图4显示为实施例2的合金高温加热料筒的剖视图。

附图标号说明：1、料筒；11、导热体；12、料筒加热源；121、料筒加热接头；13、隔热套筒；14、保温套筒；15、隔热保温填充层；16、料筒固定板；17、料筒隔热块；18、保护罩；2、针头；21、针头导热部；22、针头加热源；223、针头加热接头；221、加热基体；222、加热丝；223、针头加热接头；224、针头测温件；23、针头隔热环；24、针头保温件；3、压盖；31、透气螺塞；32、注气通道；33、排气通道；34、旋转接头；35、密封盖，351、第一金属密封垫片；352、第二金属密封垫片；353、第三金属密封垫片；4、料筒接头；5、散热管；6、气源接头。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本申请实施例提供了一种合金高温加热料筒，包括料筒1、与料筒相连接的针头2和与料筒固定连接的料筒固定板16，所述料筒固定板和料筒外壁之间设有料筒隔热块17，所述料筒隔热块下方设有保护罩18，所述料筒设有料筒排气机构和用于加热料筒的料筒加热机构，所述针头设有用于加热针头的针头加热机构。

结合图1和图2，料筒排气机构包括设于料筒加料口处的压盖3，设于压盖上的隔热注气接头和设于压盖侧壁的透气螺塞31；所述压盖内独立设有与料筒内部腔体相连通的注气通道32和排气通道33，所述注气通道与隔热注气接头相连通，所述排气通道与透气螺塞相连通。所述隔热注气接头包括依次相连通的料筒接头4、散热管5和气源接头6，所述料筒接头与注气通道相连通，所述气源接头用于外接保护气体供气系统。所述压盖与料筒加料口之间还依次设有旋转接头34和密封盖35，所述密封盖与料筒加料口密封固定，所述旋转接头穿过压盖与密封盖密封连接。所述料筒接头与压盖之间设有第一金属密封垫片351；所述透气螺塞与压盖之间设有第二金属密封垫片352；所述压盖与料筒加料口之间设有第三金属密封垫片353。

如图2所示，所述料筒加热机构包括依次套设于料筒外壁的导热体11、料筒加热源12、隔热套筒13和保温套筒14，所述料筒加热源设有针头加热接头121和外接温度控制系统的料筒测温件。

针头加热机构包括依次设于针头外的针头导热部21、针头加热源22和针头保温件24。所述针头导热部由所述导热体向针头方向延伸并覆盖针头形成。针头保温件的耐热温度为550℃，热导率0.21W/m*k。

如图3所示，所述针头加热源包括加热基体221和加热丝222，所述加热丝螺旋盘绕于加热基体内通过高温烧结而成，可以耐高温1000℃左右，所述加热基体上设有针头加热接头223，所述针头加热源外接有与温度控制系统相连接的针头测温件224。

本实施例的工作原理如下：

如图2所示，通过外部的控制器精确控制挤压出料筒内部的合金，在料筒添加新料旋紧压盖3后，拆下透气螺塞31，保护气体供气系统内的保护性气体(如氮气等)通过气源接头6经过散热管5从料筒接头4通过注气通道32进入到料筒内，使得料筒内残留空气通过排气通道33全部排出，避免料筒内残留空气中含有的氧气和加热成熔融状态的合金发生氧化反应。

打开料筒加热源12，通过导热体11将热量均匀传递给料筒，使得内部的合金熔融；通过隔热套筒13和保温套筒14同时进行保温，避免料筒的热量损失。隔热套筒13采用耐高温的材料如石棉管、陶瓷管等材料，上述材料具有耐高温，低热导率的热性，可以起到很好隔热保温效果。通过料筒测温件实时检测料筒内合金的加热温度，并通过外接温度控制系统实时调节温度，实时调节，将温度恒定在所需范围内以确保合金处于熔融态。

打开针头加热源22，通过包裹在针头外的针头导热部21将热量均匀传递给针头，通过针头测温件224实时检测温度，并通过外接温度控制系统实时调节温度，实时调节，将温度恒定在所需范围内以保证出料顺畅；针头保温件224可以对针头的温度进行保温，避免在打印过程中加热料筒针头处合金快速冷却凝固造成堵料。

实施例2

如图4所示，实施例2与实施例1的区别在于，所述隔热套筒与保温套筒之间设有隔热保温填充层15，针头加热源和针头保温件之间设有针头隔热环23，其余结构完全相同。

本实施例的隔热保温填充层15采用陶瓷硅酸铝纤维棉，可以耐高温1260℃，以此来达到隔热的要求。由于料筒加热源12和保温套筒14中间有两层隔热结构隔热套筒13和隔热保温填充层15，因此保温套筒14以选用耐温较低一点的材料，如聚四氟乙烯，电木板等。针头隔热环23采用具有耐高温，低热导率的材料，可以进一步起到隔热保温效果，有效避免针头加热源22产生的热量过多的向外扩散。

综上所述，本发明通过分别在料筒和针头处独立设计两个加热源分别加热的方式，可以更好的调节针头出料口的温度，既可以避免料筒内的合金长时间处于高温条件下发生金相之间的转变；又可以避免针头温度向空气中损失，提高针头出料时的温度稳定性，确保熔融态的合金可以顺利地从针头挤出，有效避免了现有加热料筒针头处合金快速冷却凝固造成堵料及加热前后针尖的位置变化比较大的问题；料筒排气机构可以及时将残留的氧气全部排出，避免了合金在加热成熔融状态后和料筒内的氧气发生氧化反应；由于温度的变化导致材料尺寸发生一定的变动，本申请的加热料筒的加热温度适用于室温至400℃的温度范围，可以满足高熔点合金加热供料需求，加热温度高，适用范围广，可以加热SAC305、InAg等高熔点金属合金。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种合金高温加热料筒，其特征在于，包括料筒(1)和与料筒相连接的针头(2)，所述料筒设有料筒排气机构和用于加热料筒的料筒加热机构，所述针头设有用于加热针头的针头加热机构。

2.根据权利要求1所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述料筒排气机构包括设于料筒加料口处的压盖(3)，设于压盖上的隔热注气接头和设于压盖侧壁的透气螺塞(31)；所述压盖内独立设有与料筒内部腔体相连通的注气通道(32)和排气通道(33)，所述注气通道与隔热注气接头相连通，所述排气通道与透气螺塞相连通。

3.根据权利要求2所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述隔热注气接头包括依次相连通的料筒接头(4)、散热管(5)和气源接头(6)，所述料筒接头与注气通道相连通，所述气源接头用于外接保护气体供气系统。

4.根据权利要求2所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述压盖与料筒加料口之间还依次设有旋转接头(34)和密封盖(35)，所述透气螺塞与压盖密封固定，所述旋转接头穿过压盖与密封盖密封连接。

5.根据权利要求4所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述料筒接头与压盖之间设有第一金属密封垫片(351)；所述透气螺塞与压盖之间设有第二金属密封垫片(352)；所述压盖与料筒加料口之间设有第三金属密封垫片(353)。

6.根据权利要求1所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述料筒加热机构包括依次套设于料筒外壁的导热体(11)、料筒加热源(12)、隔热套筒(13)和保温套筒(14)。

7.根据权利要求6所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述隔热套筒与保温套筒之间设有隔热保温填充层(15)。

8.根据权利要求6所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述针头加热机构包括依次设于针头外的针头导热部(21)、针头加热源(22)和针头保温件(24)。

9.根据权利要求8所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述针头导热部由所述导热体向针头方向延伸并覆盖针头形成。

10.根据权利要求8所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述针头加热源和针头保温件之间设有针头隔热环(23)。

11.根据权利要求8所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述针头加热源包括加热基体(221)和加热丝(222)，所述加热丝螺旋盘绕于加热基体内，所述料筒加热源设有针头加热接头(121)，所述针头加热源设有针头加热接头(223)。

12.根据权利要求8所述的合金高温加热料筒，其特征在于：所述针头加热源还设有针头测温件(224)，所述料筒加热源还设有料筒测温件，所述针头测温件和料筒测温件外接有温度控制系统。

13.根据权利要求1所述的合金高温加热料筒，其特征在于：还包括与料筒固定连接的料筒固定板(16)，所述料筒固定板和料筒外壁之间设有料筒隔热块(17)，所述料筒隔热块下方设有保护罩(18)。